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断路器选用原则分析

最近几年，与不少断路器使用者相互磋商、探讨，并专业刊物上阅读了一些断路器选用文章，感到收益很大，但又觉断路器设计、制造者与它用户之间沟通、交流和宣传不够，致使电器产品用户选择低压断路器上还存一部分偏失。据此，笔者拟再次论述断路器选择和应用，以期抛砖引玉、去伪存真。

1、按线路预期短路电流计算来选择断路器分断能力精确线路预期短路电流计算是一项极其繁琐工作。便有一些误差不很大而工程上可以被接

受简捷计算方法：(1)10/0.4KV电压等级变压器，可以考虑高压侧短路容量为无穷大(10KV侧短路容量一般为200~400MVA更大，按无穷大来考虑，其

误差不足10%)。(2)GB50054-95《低压配电设计规范》2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流1%时，应计入电动机反

馈电流影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机总功率约150KW，且是同时启动使用时此时计入反馈电流应是6.5ΣIn。(3)变压器

阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压百分值。当原边电压为额定电压时，副边电流就是它预期

短路电流。(4)变压器副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器容量(KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，10/0.4KV时Ue=0.4KV简单计算变

压器副边额定电流应是变压器容量x1.44～1.50。(5)按(3)对Uk定义，副边短路电流(三相短路)为I(3)对Uk定义，副边短路电流(三相短路)为I(3)=

Ite/Uk，此值为交流有效值。(6)相同变压器容量下，若是两相之间短路，则I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上计算均是变压器出线端短路时电

流值，这是最严重短路事故。短路点离变压器有一定距离，则需考虑线路阻抗，短路电流将减小。例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，

容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100K

VA时其出线端短路电流为3616A。离变压器距离为100m处短路时，短路电流为2440A。远离100m时短路电流分别为0m65.74%和67.47%。，用户设计

时，应计算安装处(线路)额定电流和该处可能出现最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器额定电流In≥线路额定电流IL断路器额定短路

分断能力≥线路预期短路电流，选择断路器上，不必把余量放过大，以免造成浪费。

2、断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力国际电工委员会IEC947-2和我国等效采用IECGB4048.2《低压开关设备和控制设备低压断路

器》标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下定义：断路器额定极限短路分断能力(Icu)：按规定试验程序所规定条件，不

包括断路器继续承载其额定电流能力分断能力；断路器额定运行短路分断能力(Ics)：按规定试验程序所规定条件，包括断路器继续承载其额定电

流能力分断能力。极限短路分断能力Icu试验程序为otco。其具体试验是：把线路电流调整到预期短路电流值(例如380V，50KA)，而试验按钮未

合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器50KA短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。t为

间歇时间(休息时间)，一般为3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着开断(O)(接通试验是考核断路器峰值电

流下电动和热稳定性和动、静触头因弹跳磨损)。此程序即为CO。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超妯规定损伤，就认定它极限分断能力试验

成功；断路器运行短路分断能力(Ics)试验程序为otcotco，它比Icu试验程序多了一次co。试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定损

伤，就认定它额定进行短路分断能力试验。Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。运行短路分断后，还要承载额定电

流，Ics短路试验后还需增加一项温升复测试验。Icu和Ics短路或实际考核条件不同，后者比前者更严格、更困难，IEC947-2和GB14048.2确定Icu

有四个或三个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器，即万能式或称框架式)。断路器制

造厂所确定Ics值，凡符合上述标准规定Icu百分值都是有效、合格产品。万能式(框架式)断路器，绝大部分所有规格)都具有过载长延时、短路短

延时和短路瞬动三段保护功能，能实现选择性保护，大多数主干线(包括变压器出线端)都采用它作主(保护)开关，而塑壳式断路器一般不具备短路

短延时功能(仅有过载长延时和短路瞬动二段保护)，不能作选择性保护，它们只能使用于支路。使用(适用)情况不同，IEC92《船舶电气》建议：

具有三段保护万能式断路器，偏重于它运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够极限短路能力值。我们对此理解是：主

干线切除故障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，发生短路故障时要求两个CO，要求继续承载一段时间额定电流，而支路，

极限短路电流分断和再次合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新(停电影响较小)。，是万能式或塑壳式断路器，都有必须具

备Icu和Ics这两面三刀个重要技术指标。Ics值两类断路器上表现略有不同，塑壳式最小允许Ics可以是25%Icu，万能式最小允许Ics是50%Ics=Icu

断路器是很少，万能式也少有Ics=100%[国外有一种采用旋转双分断(点)技术塑壳式断路器，它限流性能极好，分断能力裕度很大，可做到Ics=Ic

u，但价格很高]。我国DW45智能型万能式断路器Ics为62.5%～65%Icu，国际上，ABB公司F系列，施耐德M系列也是70%左右，而塑壳式断路器，国内

各种新型号，Ics大抵50%～75%Icu之间。有些断路器应用设计人员，按其所计算线路预期短路电流选择断路器时，以断路器额定运行短路分断能力

来衡量，由此判定某种断路器(此断路器极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行短路分断能力则低于计算电流)为不合格。这是一个误解。

3、断路器电气间隙与爬电距离确定电器产品电气间隙，必须依据低压系统绝缘配合，而绝缘配合则是建立瞬时过电压被限制规定冲击耐受电

压，而系统中电器或设备产生瞬时过电压也必须低于电源系统规定冲击电压。：(1)电器额定绝缘电压应≥电源系统额定电压(2)电器额定冲击耐受

电压应≥电源系统额定冲击耐受电压(3)电器产生瞬态过电压应≤电源系统额定冲击耐受电压。基于以上三原则，电器额定冲击耐受电压(优先值)U

imp就与电源系统额定电压所确定相对电压最大值和电器安装类别(过电压类别)等有很大关系：相对电压值越大，安装类别越高[分为I(信号水平级)、Ⅱ(负载水平级)、Ⅲ(配电水平级)、Ⅳ(电源水平级)额定冲击电压就越大。例如相对电压为220V，安装类别为Ⅲ时，Uimp为4.0KV，安装类别为Ⅳ，Uimp为6.0KV。电器产品(例如断路器)Uimp为6.0KV污染等级3级或4级，其最小电气间隙是5.5mm。DZ20、CM1和我厂HSM1系列塑壳断路器电气间隙均为5.5mm(安装类别Ⅲ)，用于电源级安装，如DZ20系列800以上规格，Uimp为8.0KV，电气间隙才提高到≥8mm。而产品实际电气间隙，如HSM1系列，Inm(壳架等级电流)=125A时，电气间隙为11mm，160A为16mm，250A为15mm，400A为18.75mm，630和800A均为300mm，都大于5.5mm。爬电距GB/T14048.1《低压开关设备与控制设备总则》规定：电器(产品)最小爬电距离与额定绝缘电压(或实际工作电压)、电器产品使用场所污染等级以及产品本身使用绝缘材料性质(绝缘组别)有关。

例如：额定绝缘电压为660(690)V，污染等级为3，产品使用绝缘材料组别为Ⅲa(175≤cti〈400，CTI为绝缘材料漏电起痕指数)，最小爬电距离为1

0mm。上面所提到塑壳式断路器爬电距离都大大超过规定数值。综上所述，电器产品电气间隙和漏电距离，达到绝缘配合要求，就不会外来过电压

或线路设备本身操作过电压造成设备介质电击穿。GB7251.1-1997《低压成套开关设备和控制设备第一部分：型式试验和部分型式试验成套设备》

(等郊于IEC439-1：1992)，对绝缘配合要求与GB/T14048.1是完全一样。有一些成套电器制造厂提出断路器接线用铜排，其相与相之间(空气)距离

应大于12mm，有提出断路器电气间隙应大于20mm。这种要求是不合理，它已经超出了绝缘配合要求。大电流规格，避免出现短路电流时产生电动斥

力，或是大电流时导体发热，增加散热空间，适当加宽相间空间距离也是可以。此时是达到12mm或20mm，都可由成套电器制造厂自行解决，或请电

器元件厂提供有弯头接线端子或联结板(片)来实现。一般断路器出厂时，都提供电源端相间隔弧板，止电弧喷出时造成相间短路。零飞弧断路器为

防开断短路电流时有电离分子逸出，也安装这种隔弧板。没有隔弧板，则对裸铜排可包扎绝缘带，其距离应不小于100mm。

4、四极断路器应用四极断路器应用，目前国内还没能对国家标准或规程之类作硬性使用要求规定，区性四极电器(断路器)设计规范已经出

台，但安装与不安装四极电器争论还进行中，某些区使用近年来出现一窝蜂趋势，各断路器制造厂也纷纷设计，制造各种型号四极断路器投放市

场。笔者同意一种意见，就是用或不用应以是否能确保供电可靠性、安全性为准，大体上是：(1)TN-C系统。TN-C系统中，N线与保护线PE合二为一

(PEN线)，考虑安全，任何时候不允许断开PEN线，绝对禁用四极断路器；(2)TT系统、TN-C-S系统和TN-S系统可使用四极断路器，维修时保障检修